真空果汁搅拌机控制器设计

罗思欣

（惠州学院仲恺信息学院 惠州 516008）

引言

真空果汁搅拌机是近年来满足人们对果汁营养高标准要求的家用电器，它是在料理机（破壁机）的基础上加入了抽真空功能，实质上就是带抽真空功能的破壁机。一般的料理机由于高速旋转过程中会引入很多空气气泡导致食物很快氧化，几乎在旋转结束的时候，维生素C已经完全氧化了，果汁呈现褐色。因此抽取真空后，空气中的氧气少了，在部分氧化后耗尽了氧气，果汁就不会继续氧化了，达到保鲜的目的，同时由于减少氧气接触、不容易起泡，视觉效果和口感都很好，相对于传统榨汁机具有更明显的优势[1-3]。真空机市场自称“多酚含量是非真空的3.2 倍，维生素C 是非真空的2.5 倍”，因此真空机具有减少成分氧化、少气泡口感好、可以保存较长的时间（配合低温）三个效果，深受市场欢迎[4-6]。

本文设计的真空果汁搅拌机主要包括硬件设计和软件两部分，采用单片机作为主控制器核心，可以有效的降低硬件成本[7]，通过嵌入式编程，按逻辑对搅拌电机的驱动，从而实现搅拌式榨汁机的开关、高中低不同挡位的搅拌以及定时的功能，使搅拌器的控制系统变得更加智能自动化。根据客户设计要求，搅拌器要求一键开关功能，可以方便消费者使用的方便，进而保障使用者的人身安全。高中低档位的功能可以在搅拌时对水果的种类、数量的不同进行不同的档位选择，因为档位不同是电机旋转的速度不同，在高档位时，一般搅拌如胡萝卜、梨等果体较硬的水果，但搅拌果体较软的水果时几乎榨不出果汁；在低档位时，一般搅拌如苹果这类易氧化的水果，因为高速旋转时摩擦会产生较高的温度，让苹果迅速氧化，使得破坏其中的营养物质，而低档位的低速旋转虽然搅拌时间较长，但可以尽量避免了水果的氧化，进而保证果汁的良好质量。在中档位时，介于高档与低档之间，可以选择果体较硬也不易氧化的水果，选择对应的档位和水果种类，提高出汁量，减少残渣量，提高搅拌质量。定时功能是用于设定电机的运转时间，让消费者可以设置自己想要的搅拌时间。

1 真空果汁搅拌机控制器硬件设计

1.1 总体设计

STC89C52 单片机作为搅拌机控制系统的核心组成部分，当独立键盘有按钮被按下时，设计的软件扫描和检测按下的按钮对应的I/O 口的电平变化，并运行设定按键相应的功能程序模块，并输出相关信息到显示屏，为用户显示出对应功能及运行状态的的显示内容，显示中模式是用Modle 表示，定时的时间用Time。电源进线处加入一个开关按键来控制电路的通断，进而控制搅拌机的开/关。利用不同的按键对应模式选择、时间、启动、暂停等，按键控制I/O 口的电平，单片机控制电机驱动电路的不同工作状态，控制电机相对应的运转状态，从而实现高中低档的切换，时间的选择，启动暂停等功能。

本设计主要由单片机、显示、用户按键和电机四部分组成，如图1 所示。其工作原理是接入电源后按下启动按键，单片机控制电机按设定的模式和时间进行工作。设计模式有模式一、模式二和模式三，分别对应电机的高中低档。开机默认是模式一，按模式按键切换模式，设定为循环选择。定时的设置有1、2、3 min 可供选择，根据客户需求设置默认时间为1 min，按时间按键每次增加一分钟。按启动键后，显示时间倒计时，电机开始运作，按暂停按键，电机停止，倒计时也停止，再次按启动按键，电机重新转动，继续倒计时。

1.2 控制器整体电路设计

根据上述设计方案，采用微控制器的搅拌机控制器详细电路设计如图2 所示，图中主要有STC89C52 单片机及对应的最小系统电路，模式选择、时间设定、暂停和启动等四个按键及按键检测电路，以及电机启动电路等。其中电机驱动电路如图3 所示，电机驱动芯片选用L298N 的芯片。电机驱动电路设计中，逻辑控制电压是+5 V 的电压由9 号引脚输入，电机驱动电压是+12 V由4 号引脚输入，并在其中加入一个0.1uF 的电容C4，是为了防止逻辑控制电压过大而烧坏L298N 芯片的保护电路。L298N 芯片输出给电机的也是+12 V 的电压。芯片的输入信号是由单片机的输出信号IN1、IN2、IN3、IN4、ENA 和ENB 直接输入的，简化了电路的设计。

图2 总电路图

图3 电机驱动电路图

2 真空果汁搅拌机控制器软件设计

搅拌机控制器软件设计是根据用户使用机器的逻辑，先利用按键检测，检测到模式按键按下，则进入模式选择程序，如没有检测到模式按键按下，程序初始化中设置为模式一；当检测到定时按键按下，进入定时程序运行，每按一次键增加1 min，根据客户需求果汁搅拌机最多搅拌时间设置为3 min，采用循环方式增加，如没有检测到定时按键程序设置初始值为1 min；检测到启动按键按下，进入启动的程序；检测到暂停按键按下，进入暂停的程序运行。从而实现搅拌器的高中低档选择、定时设置、启动与暂停的功能，设计的流程图如图4 所示，其工作步骤主要分为如下5 步。

图4 系统的流程图

Step1 初始化。首先在用户打开电源后，单片机开始进入工作状态，然后经过复位，最后单片机初始化，准备开始按顺序执行程序。

Step2 模式的选择。用户按下模式的按键后，单片机开始进入模式的选择，然后显示屏显示用户所选择的模式，最后单片机继续工作。

Step3 时间的选择。按下设置时间的按键，让单片机进入时间的选择后，然后显示器显示用户设定的时间，单片机进入正常工作。

Step4 开始榨汁。在用户按下开始的按键后，单片机经过控制器上的控制电路进而控制电机按照前面用户所选择的模式和时间进行工作，即开始榨汁。

Step5 检测暂停的按键是否有按下。如果用户按下暂停的按键，电机需立即停止运转，让用户可以打开盖子往里面添加一些材料，然后用户再按下开启按键，继续搅拌。如果没有按下暂停按钮，则一直运行到时间结束。

其中定时功能的软件流程图如图5 所示。系统经过初始化后，默认是定时1 min，采用软件定时器设计，定时器设计采用单片机内部的2 个定时器，设计中根据机器周期2 us，第一个定时器设置为50 000 机器周期，定时为0.1 s，并据此初始化中设置定时器1 的高4 位和低4 位。第二定时器设置为设为36 000，并据此初始化定时器2 的高4 位和低4 位。当定时按键按下，定时时间增加（1～2）min；若定时按键再按下，定时时间增加到3 min。定时时间为3 min 时，按键再按下，定时时间重回1 min。是一个循环的选择方式。

图5 定时流程图

其中模式选择软件流程图如图6 所示，系统设计采用模式一、模式二和模式三，分别对应搅拌器的高中低档。系统经过初始化后，默认是选择了模式一，每按一次模式按键模式增加一并在第三种模式后循环。

图6 模式选择流程图

3 控制器测试

设计的控制器在上电后的状态如图7 所示，,默认的模式和时间是“Modle：one”和“Time：one minute”。分别按下模式按键和时间按键，选择模式二和3 分钟，显示为“Modle：Two”和“Time：Three minute”，如图8 所示。经用户多次测试相关功能和性能满足客户需求。

4 结论

本设计的真空果汁搅拌机是以客户需求的使用方便，价格适宜为设计目标，采用单片机为控制的核心，充分通过软件设计简化电路设计和节约硬件成本，实现人机交互的具有一键开关、高中低档搅拌、定时、暂停等功能，经测试达到客户的需求，为产品产业化提供设计。

图7 控制板上电后状态

图8 控制板模式和设置后的状态